1、工程光学（上）期末考试试卷一问答题：（共 12 分，每题 3 分）1摄影物镜的三个重要参数是什么？它们分别决定系统的什么性质？2为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路？为什么？3显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差？为什么？4评价像质的方法主要有哪几种？各有什么优缺点？二图解法求像或判断成像方向：（共 18 分，每题 3 分）1求像 AB2求像 AB3求物 AB 经理想光学系统后所成的像，并注明系统像方的基点位置和焦距4判断光学系统的成像方向5求入瞳及对无穷远成像时 50%渐晕的视场6判断棱镜的成像方向F2题 2-3 图F1F1 F2ABCAB题 2-1 图FAB FH H题 2-
2、2 图三填空：（共 10 分，每题 2 分）1照明系统与成像系统之间的衔接关系为：_2转像系统分_和_两大类，其作用是：_3一学生带 500 度近视镜，则该近视镜的焦距为_,该学生裸眼所能看清的最远距离为_。4光通过光学系统时能量的损失主要有：_,zxy物镜题 2-4 图题 2-5 图F Fzxy题 2-6 图_和_。5激光束聚焦要求用焦距较_的透镜，准直要用焦距较_的透镜。四计算题：（共 60 分）1一透镜焦距 mf30，如在其前边放置一个 x6的开普勒望远镜，求组合后系统的像方基点位置和焦距，并画出光路图。（10 分）2已知 r1， r2的双凸透镜，置于空气中。物 A 位于第一球面前 m5
3、0处，第二面镀反射膜。该物镜所成实像 B 位于第一球面前 m5，如图所示。若按薄透镜处理，求该透镜的折射率 n。（20 分）3已知物镜焦距为 m50，相对孔径 10，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为40，物镜最后一面到像平面的距离为 3。（1）按薄透镜处理，求物镜的结构参数；（8 分）（2）若用该物镜构成开普勒望远镜，出瞳大小为 m2，求望远镜的视觉放大率；（4 分）（3）求目镜的焦距、放大率；（4 分）（4）如果物镜的第一面为孔径光阑，求出瞳距；（6 分）（5）望远镜的分辨率；（2 分）（6）如果视度调节为折光度，目镜应能移动的距离。（2 分）（7）画出光路图。（4 分）工程
4、光学（上）期末考试参考答案一 简答题：（共 12 分，每题 3 分）1摄影物镜的三个重要参数是什么？它们分别决定系统的什么性质？答：摄影物镜的三个重要参数是：焦距 f、相对孔径 /fD和视场角 2。焦距影响成像的大小，相对孔径影响像面的照度和分辨率，视场角影响成像的范围。2为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路？为什么？答：为了保证测量精度，测量仪器一般采用物方远心光路。由于采用物方远心光路时，孔径光阑与物镜的像方焦平面重合，无论物体处于物方什么位置，它们的主光线是重合的，即轴外点成像光束的中心是相同的。这样，虽然调焦不准，也不会产生测量误差。3显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差
5、？为什么？答：显微物镜和望远物镜应校正与孔径有关的像差，如：球差、正弦差等。照相物镜则应校正与孔径和视场有关的所有像差。因为显微和望远系统是大孔径、小视场系统，而照相系统则是一个大孔径、大视场系统。4评价像质的方法主要有哪几种？各有什么优缺点？答：评价像质的方法主要有瑞利（Reyleigh）判断法、中心点亮度法、分辨率法、点列图法和光学传递函数（OTF）法等 5 种。瑞利判断便于实际应用，但它有不够严密之处，只适用于小像差光学系统；中心点亮度法概念明确，但计算复杂，它也只适用于小像差光学系统；分辨率法十分便于使用，但由于受到照明条件、观察者等各种因素的影响，结果不够客观，而且它只适用于大像差系
6、统；点列图法需要进行大量的光线光路计算；光学传递函数法是最客观、最全面的像质评价方法，既反映了衍射对系统的影响也反映了像差对系统的影响，既适用于大像差光学系统的评价也适用于小像差光学系统的评价。二 图解法求像或判断成像方向：（共 18 分，每题 3 分）1求像 AB（图中 C 为球面反射镜的曲率中心）2求像 AB3求物 AB 经理想光学系统后所成的像，并注明系统像方的基点位置和焦距4判断光学系统的成像方向5求入瞳及对无穷远成像时 50%渐晕的视场6判断棱镜的成像方向CAB题 2-1 图ABAFAB FH H题 2-2 图B三 填空：（共 10 分，每题 2 分）1照明系统与成像系统之间的衔接关
7、系为：_照明系统的拉赫不变量要大于成像系统的拉赫不变量_保证两个系统的光瞳衔接和成像关系_2转像系统分_棱镜式_和_透镜式_两大类，其作用是：_使物镜所成的倒像转变为正像。3一学生带 500 度近视镜，则该近视镜的焦距为_-0.2 米_,该学生裸眼所能看清的最远距离为_眼前 0.2 米_。4光通过光学系统时能量的损失主要有：_两透明介质面上的反射损失_,_介质吸收的损失_和_反射面的光能损失_。5激光束聚焦要求用焦距较_短_的透镜，准直要用焦距较_长_的透镜。zxy物镜题 2-4 图zx yzxy题 2-6 图zxyH FF2题 2-3 图F1F1 F2ABABf 入瞳题 2-5 图F F视场
8、角 2出瞳四 计算题：（共 60 分）1一透镜焦距 mf30，如在其前边放置一个 x6的开普勒望远镜，求组合后系统的像方基点位置和焦距，并画出光路图。（10 分）解：6 321fhfeo, 求得： (m)f 180(m)lH2108)(3mF 0答：组合后的焦距是-180mm。基点位置如图所示。其光路图如下所示：2已知， mr20的双凸透镜，置于空气中。物 A 位于第一球面前 m50处，第二面镀反射膜。该物镜所成实像 B 位于第一球面前 m5，如图所示。若按薄透镜处理，求该透镜的折射率n。（20 分）解：f3=30-h2-fF3(F)F1(F2)h1-feHfo物镜 目镜lHl2-l3-l2=
9、-l3-l=50dBA B Al1设：透镜的折射率为 n物点 A 经 1r折射成像在 A处，将已知条件 ml50代入公式 rnl得20151l-A经 2r反射后，成像于 B点。故将 12ldl，代入反射面公式 rl21，得： 102l-B点再经 r折射成像在 B 点。根据光路的可逆性，将 B 视为物，B 点视为像，有5)(3dl，代入折射公式，得：2012nl-由式解得： 6.答：透镜的折射率为 1.6。3已知物镜焦距为 m50，相对孔径 10，对无穷远物体成像时，由物镜第一面到像平面的距离为40，物镜最后一面到像平面的距离为 m3。（1）按薄透镜处理，求物镜的结构参数；（8 分）（2）若用该
10、物镜构成开普勒望远镜，出瞳大小为 2，求望远镜的视觉放大率；（4 分）（3）求目镜的焦距、放大率；（4 分）（4）如果物镜的第一面为孔径光阑，求出瞳距；（6 分）（5）望远镜的分辨率；（2 分）（6）如果视度调节为5 折光度，目镜应能移动的距离。（2 分）（7）画出光路图。（4 分）解：根据题意，画出物镜的结构图如下：f=500400300dH Fu2h1F1h2u1(1)将 mf50和 d10代入公式 3021212htgudtfth，得： )(2501mf将 21f代入牛顿公式 2ff，得： )(2f(2)因 0fD，则：)(501mx25(3)xeof， )(205fexef.1205(4)望远镜系统的结构如下图所示：将 ml10和 f20代入公式 1fl，得： ml67.1将 m67.38)67.(2和 fe20代入公式 f，得出瞳距： (9.lz(5)“.25014“D(6)( mfxe -fe=20f=500400 300dH Fu2h1 F1h2 u1物镜 目镜孔径光阑(7)望远系统光路图如下：lz目镜-fe=20fo=500dHFo (Fe)物镜孔径光阑出瞳
